Иванова Г.В. Автоматизация технологических процессов - файл Met1_ATPOXP.DOC

приобрести
Иванова Г.В. Автоматизация технологических процессов
скачать (909.3 kb.)
Доступные файлы (2):

Met1_ATPOXP.DOC	3330kb.	25.11.2007 10:52	скачать
Met2_ATPOXP.DOC	3253kb.	25.11.2007 10:52	скачать

---

Смотрите также:
• Булатов Ю.И. Рабочая программа Автоматизация технологических процессов для специальности 2101 Автоматизация технологических процессов и производств (Документ)
• Федотов А.В. Вопросы разработки систем автоматизации технологических процессов и производств (Документ)
• Пищухин А.М. Теоретические основы выбора средств автоматизации технологических процессов (Документ)
• Фафурин В.А., Терюшов И.Н. Автоматизация технологических процессов и производств (Документ)
• Сажин Р.А. Автоматизация технологических процессов горного производства: учеб. пособие (Документ)
• Кузьменко Н.В. Автоматизация технологических процессов и производств (Документ)
• Вьюков И.Е. Автоматизация технологических процессов целлюлозно-бумажной промышленности (Документ)
• Трусов А.Н. Автоматизация технологических процессов и производств (Документ)
• Жукова Ю.С. Автоматизация технологических процессов ЦБП. Конспект лекций (Документ)
• Бородин И.Ф., Судник Ю.А. Автоматизация технологических процессов (Документ)
• Медведев А.Е. Правила выполнения схем автоматизации технологических процессов и оборудования (Документ)
• Норицын И.А., Власов В.И. Автоматизация и механизация технологических процессов ковки и штамповки (Документ)

Met1_ATPOXP.DOC

Материалы к лекции №6

Общая характеристика тепловых процессов
Фазовое равновесие теплоносителей.

• 
  Правило фаз:
  

s=k-f+2 (1),

где s - число степеней свободы данной системы;

f - число фаз системы;

k - число компонентов системы.

• 
  для трехфазной однокомпонентной системы:
  

s=1-3+2=0.

• 
  для двухфазной однокомпонентной системы:
  

s=1-2+2=1.

• 
  для однофазной однокомпонентной системы:
  

s=1-1+2=2.
Фазовые переходы в однокомпонентных системах.

• 
  Уравнение Клапейрона-Клаузиуса (2),
  

где Р - давление;

r - молярная теплота фазового перехода;

Т - температура фазового перехода (испарения, плавления, возгонки);

∆V - изменение объема 1 моля вещества при переходе его из одной фазы в другую.
Фазовые переходы в многокомпонентных системах.

• 
  Закон Генри: (3),
  

где m_i - молекулярная доля газа в растворе;

? - константа Генри;

p_i - парциальное давление газа над жидкостью.

• 
  Закон Рауля: (4),
  

где р_А - парциальное давление компонента А в парах;

Р_А - давление паров чистого компонента А;

- молекулярная доля этого компонента в растворе.

• 
  Закон распределения: (5),
  

где К - молярный коэффициент распределения;

m_CA - концентрация вещества С в жидкости А

в г-моль/л;

m_CВ - концентрация вещества С в жидкости B.

Связь основных параметров

теплоносителей в газовой фазе.

• 
  Закон Бойля:
  

P*V=const при T=const (1).

• 
  Закон Гей-Люссака:
  

(2а),

или на основании (2а) можно получить при Р=const:

(2б),

На основании (1) и (2б) можно также получить:

при Р=const (3),

или при V=const (4).

На основании (1)и (2) получают также формулу для приведения объема газа к нормальным условиям:

(5),

• 
  Закон Авогадро: в одинаковых объемах газа при одинаковых температуре и давлении содержится одно и то же количество молекул.
  

• 
  1г-мол. любого вещества в газообразном состоянии занимает 22,4л.;
  

• 
  1кг-мол. ? 22,4 м³ и содержит 6,03*10²³ молекул.
  

• 
  Уравнение Менделеева – Клапейрона.
  

для 1 г-моля газа:

P*V=R*T (6)

для n г-молей газа:

P*V = n*R*T (7)

Если количество газа выражается в граммах:

(8)

откуда: (9)

или (10).

• 
  Закон Дальтона:
  

(11).

• 
  Следствие из законов Дальтона и Бойля:
  

(12),

где р_i - парциальное давление компонента в газовой смеси;

v_i /V_см - парциальный объем компонента в единице объема газовой смеси;

P_см - общее давление смеси.

Физические параметры и скорости движения теплоносителей.

Удельные теплоемкости.

• 
  Размерности удельных теплоемкостей с:
  

; ;

.

• 
  Зависимости удельных теплоемкостей от температуры:
  

• 
  для заданной температуры Т:
  

c=a₁+b₁*T+c₁*T² (1),

где a₁, b₁, c₁ - коэффициенты для данного вещества.

• 
  для заданного диапазона температур:
  

(2),

где Т₁ и Т₂ - заданный интервал температур.

• 
  Молярная удельная теплоемкость твердого тела:
  

(3),

где n - число атомов в молекуле.

• 
  Теплоемкости газов:
  

• 
  c_p - при p = const или c_v при V=const.
  

• 
  (4),
  

где М - масса 1моля газа (кг/моль);

R - универсальная газовая постоянная, R=1,985 ккал/((кг/моль)*град).

• 
  Для воздуха : c_p=1,4*c_v.
  

Теплота испарения

• 
  Эмпирические формулы для расчета молекулярной теплоты испарения (в ккал/кг или кал/г):
  

r_исп= 21*T_кип; (5а)

r_исп= T_кип*(9,5*lgT_кип-0,007*Т_кип); (5б)

r_исп= T_кип(8,75+4,571*lgТ_кип) (5в).

• 
  Эмпирическая формула для расчета теплоты испарения r_исп2 для температуры Т₂ ,:
  

(6),

где r_исп2 - искомая теплота испарения при температуре Т₂;

r_исп1 - известная теплота испарения при температуре Т₁;

к - поправочный коэффициент, k=f(T₁,T₂,T_крит).

• 
  Определение теплоты испарения по энтропийным диаграммам:
  

r_исп=i_жидк- i_газ (7),

где i_жидк, i_газ - теплосодержание, дж/кг (или ккал/кг).

Плотности для жидких и газовых теплоносителей.

• 
  Эмпирическая формула для определения плотности жидкости ?_t при заданной температуре t_ср:
  

?_t = ?₀-?_t*(t_ср-20^○С) (8),

где ?₀ - плотность жидкости при t₀=20^○С;

?_t - температурная поправка на 1^○С

• 
  Для чистых жидкостей ?_t можно найти по формуле:
  

(9),

где  - коэффициент объемного расширения жидкости, град^-1;

t=t_ср-t₀ - разность между температурой среды и t=20^C.

• 
  Плотность газов при 0°С и 760 мм рт ст. на основании закона Авогадро:
  

(10)

или

(11),

где М – молекулярный вес газа.

• 
  Плотность смеси _см при заданных температуре и давлении:
  

_см=b₁*₁+ b₂*₂+… *_n (12),

где b₁… b_n - объемные доли компонентов;

₁ _n - плотности компонентов, кг/м³.
Коэффициенты теплопроводности.

• 
  Коэффициент теплопроводности для жидкостей при отсутствии справочных данных:
  

(13),

где

А=3,58*10^-8 - для ассоциированных жидкостей;

А=4,22*10^-8 - для неассоциированных жидкостей;

с - удельная теплоемкость жидкости, Дж/(кг*град);

• 
  - плотность жидкости, кг/м³;
  

М - молярная масса, кг/кмоль.

• 
  Коэффициент теплопроводности смеси жидкостей:
  

(14),

где а₁…а_n - массовые доли компонентов в смеси;

₁…_n - коэффициенты теплопроводности компонентов, вт/(м*град).

Вязкость теплоносителей.

• 
  Зависимость вязкости газов _t от температуры:
  

(15),

где ₀ - вязкость при 0С;

Т - температура в К;

С - константа.

• 
  Вязкость газовых смесей _см:
  

(16),

где М_i - молярные массы компонентов смеси, кг/кмоль;

_i - динамические вязкости компонентов, Па*с;

- объемные доли компонентов в смеси.

• 
  Вязкость смеси неассоциированных жидкостей:
  

(17),

где _i - вязкости компонентов смеси, Па*с;

m_i - молярные доли компонентов в смеси, кг/кмоль.

• 
  Вязкость разбавленных суспензий:
  

(18),

где _ж - вязкость чистой жидкости, Па*с;

- объемная доля твердой фазы в суспензии.

Скорости теплоносителей.

• 
  Средние скорости движения среды:
  

(19),

где ^лин_ср - средняя линейная скорость, м/с;

^м_ср - средняя массовая скорость, кг/(м²*с);

Q - объемный расход, м³/с;

G - массовый расход, кг/с;

S - площадь сечения потока, м².

• 
  Зависимость между массовой и линейной скоростью:
  

(20),

где  - плотность среды.

• 
  Рекомендуемые скорости:
  

• 
  для жидкостей в трубах диаметром 25-57мм от (1,5-2) м/c до (0,06-0,3) м/с.
  

• 
  Средняя рекомендуемая скорость для маловязких жидкостей составляет 0,2-0,3 м/с.
  

• 
  Для газов при атмосферном давлении допускаются массовые скорости от 15-20 до 2-2,5 кг/(м²*с), а линейные скорости до 25м/с;
  

• 
  для насыщенных паров при конденсации рекомендуются до 10 м/с.
  

Тепловая нагрузка аппарата.

• 
  Тепло, отдаваемое более нагретым теплоносителем Q₁, затрачивается на нагрев более холодного теплоносителя Q₂ и на потери в окружающую среду Q_пот.:
  

Q₁= Q₂+ Q_пот. (1)

• 
  Так как Q_пот= 2-3%, то им можно пренебречь и считать:
  

Q₁ = Q₂ = Q (2),

где Q – тепловая нагрузка аппарата.

• 
  Уравнение теплового баланса аппарата.
  

Q = G₁*(I_1Н-I_1К) = G₂*(I_2К-I_2Н) (3),

где G₁ и G₂ - массовые расходы теплоносителей, кг/с;

I_1Н и I_2Н - начальные энтальпии теплоносителей, дж/кг;

I_1К и I_2К и - конечные энтальпии теплоносителей, дж/кг.

• 
  Энтальпии теплоносителей:
  

I_i=c_i*_i (4).

• 
  Тепловой баланс аппарата при использовании теплоносителей, не изменяющих агрегатного состояния:
  

Q = G₁*с₁*(_1Н-_1К) = G₂*с₂*(_2К-_2Н) (6),

где с₁ и с₂ - средние удельные теплоемкости.
Тепловые балансы теплоносителя

при изменении его агрегатного состояния.

• 
  Теплоноситель – насыщенный пар, который конденсируется и конденсат не охлаждается: _т = _нп =_кт .
  

G_т (i_т – i_кт ) = G_т * с_рт *_т - G_т * с_ркт *_кт = G_т *r_т.

• 
  Теплоноситель – пересыщенный пар, который конденсируется и конденсат не охлаждается: _т > _нп =_кт
  

Q=Q_т –Q_кт =G_т *(i_т – i_кт )= G_т * с_рт *(_т - _нп)+G_т *r_т =

= G_т * с_рт *_нп - G_т * с_рт *_нп + G_т * с_рт *_нп - G_т * с_ркт*_кт=

= G_т * с_рт *_т - G_т * с_ркт*_кт .

• 
  Теплоноситель – пересыщенный пар, который конденсируется и конденсат охлаждается: _т > _нп > _кт :
  

Q=Q_т –Q_кт =G_т *(i_т – i_кт )=

G_т * с_рт *(_т - _нп)+G_т *r_т + G_т * с_ркт *(_нп - _кт) =

= G_т * с_рт *_т - G_т * с_рт *_нп + G_т * с_рт *_нп -

- G_т * с_ркт*_нп + G_т * с_ркт*_нп - G_т * с_ркт*_кт=

= G_т * с_рт *_т - G_т * с_ркт*_кт .

Основное уравнение теплопередачи.
Q = K*F*t_ср* (1),

где

F - поверхность теплообмена;

t_ср - средний температурный напор;

 - время теплообмена;

К - коэффициент теплопередачи:
(2).


Выражения для определения коэффициента К

в зависимости от способа передачи тепла.

• 
  При передаче тепла теплопроводностью К - это коэффициент теплопроводности , определяемый на основе закона Фурье:
  

(3)

• 
  При конвективном теплообмене К - это коэффициент теплоотдачи , определяемый на основе закона Ньютона:
  

(4),

• 
  При передаче тепла путем излучения К - коэффициент взаимного излучения с_1-2 излучающих тел:
  

K=с_1-2 = _пр*K₀*10⁸ = (5),
где

К₀ - константа лучеиспускания;

_пр = ₁ *₂ - приведенная степень черноты;

₁ и ₂ - степени черноты излучающих тел.

Движущая сила при прямотоке теплоносителей.
Схема прямоточного движения теплоносителей.



Рис.1.
График изменения температуры среды при прямотоке.



Рис.2

• 
  (1),
  
• 
  При (?t_макс/?t_мин) < 2: (2).
  

• 
  При : (3).
  

Движущая сила при противотоке теплоносителей.
Схема противоточного движения теплоносителей.



Рис.3.

График изменения температур при противотоке.



Рис.4.

• 
  (1).
  

Затем используют те же соотношения (2) и (3), что и для прямотока, для определения средней движущей силы процесса.

7. 1   2   3   4   5   6   7
   
   

   ---

   Материалы к лекции №6